מחקר מגלה כיצד אשוחית גבוהה מפתחת הגנה מפני חדקוניות רעבות

הממצאים החדשים יכולים לעזור לחוקרים לגדל עצי אשוח סיטקה משופרים גנטית העמידים בפני חדקונית האשוחית (Pissodes strobi).

"רצינו ללמוד על הבסיס הגנטי לעמידות טבעית של מזיקים שעצי אשוח מסוימים של סיטקה התפתחו כדי למנוע מחרקים להאכיל מהצמח", אמר ג'סטין ווייטהיל, עוזר פרופסור לגנטיקה של עצי חג המולד במדינת NC והמחבר הראשון של המחקר. Whitehill התחיל את המחקר כפוסט-דוקטורט באוניברסיטת קולומביה הבריטית, שם הושלמו ניסויי המעבדה.

"התכונה שחקרנו באשוחית סיטקה היא הגנה פיזית המכונה תאי אבן, שנמצאים כמעט בכל מיני הצמחים", אמר וייטהיל. "הם אחראים למרקם המחוספס שמרגישים כשאוכלים אגס. התפתחות תאי אבן היא מורכבת מאוד, וכוללת אלפי גנים. זיהינו חלק מהגנטיקה המעורבת בשלבים המוקדמים העיקריים להתפתחות התאים הללו".

אשוחית הסיטקה היא עץ מחטני גדול הגדל בחוף המערבי מקליפורניה ועד אלסקה. בעוד שהעץ הוחלף במינים אחרים עבור מוצרי עץ בצפון אמריקה בגלל רגישות לחדקונית, הוא עדיין זן עץ בולט באירופה. עצים רבים שגדלו בחוף המערבי למוצרי ייעור נבעו מאוכלוסייה שגדלה במהירות שגדלה באי ומעולם לא נחשפו לחדקונית, מה שהותיר אותם רגישים ביותר, אמר וייטהיל.

עם זאת, קבוצה של עצי אשוח סיטקה עמידים התגלתה בקנדה המפתחים תאי אבן, סוג תאים נוקשה שגדל רק בפחות מסנטימטר מראש הענפים הניצנים – אותו אזור שבו ניזונה החדקונית.

"תאי האבן מאטים את התקדמות החרק ומעניקים זמן לשרף המצוי בקליפת העצים לכסות את החרק ולהפוך אותו לדביק מכדי להאכיל יותר", אמר וייטהיל. "תאי אבן חוסמים את החרקים הללו כשהם מנסים לאכול דרך הצמח ומאטים אותם מספיק כדי למנוע מהם לגרום נזק משמעותי לעץ".

במחקרם האחרון, חוקרים מצאו כמעט 1,300 גנים שבאו לידי ביטוי ברמות גבוהות יותר בתאי אבן. הם גם זיהו גן מפתח שמתפקד כ"מתג מאסטר" ואחראי להפעלת אלפי גנים אחרים הידועים כשולטים בהתפתחות תאים עבי דופן בצמחים אחרים.

"המאמר הזה מציג מפת דרכים של הגנים המעורבים בפיתוח תאי אבן", אמר וייטהיל. "אנחנו מראים שזה נשלט חזק על ידי גנטיקה המעורבת בדפנות תאים משניות."

המפתח למחקר של החוקרים היה כלי מיקרודיסקציה שמשתמש בלייזר כדי לחתוך פרוסות רקמה זעירות במיוחד למקטעים דקים. חוקרים הצליחו לחתוך קטעים זעירים מניצני ענפי אשוח סיטקה הגדלים באופן פעיל כדי לחקור גנים המתבטאים ספציפית בתאי אבן במהלך היווצרותם.

Whitehill אמר שהוא קיבל מימון להביא גרסה מעודכנת של טכנולוגיה זו למדינת NC. כעת, חוקרים כאן משתמשים במיקרודיסקציה בלייזר כדי לחקור גנים בעץ האשוח פרייזר – עץ חג המולד המוביל בארצות הברית שגדל במערב צפון קרוליינה. הם משתמשים בטכנולוגיה זו כדי לחקור מאפיינים חשובים שיכולים להגביר את הכדאיות, הניחוח והעמידות בפני מזיקים של אשוח פרייזר, עץ עם גודל גנום גדול פי חמישה מבני אדם.

"אנו משתמשים בגישה זו כעת כדי לחפש גנים המעורבים בעמידות לפתוגנים ומזיקים, וכדי להבין אינטראקציות אקולוגיות מורכבות ברמה הגנטית", אמר וייטהיל.

המאמר, "מאפייני תעתיק של התפתחות תאי אבן באשוחית סיטקה עמידה וחדקונית", פורסם באינטרנט ב- פיטולוג חדש. מחברים שותפים כללו את Macaire MS Yuen, אנג'לה צ'יאנג (נוכחית ב-NC State Christmas Tree Genetics מנהלת מעבדה ושותפת מחקר), קרול א. ריטלנד ויורג בוהלמן. העבודה נתמכה על ידי כספים מהמועצה למחקר מדעי הטבע וההנדסה של קנדה (NSERC) תוכנית מענקי Discovery Grants, ומ-Genome Canada, Genome British Columbia ו-Genom Quebec SpruceUp Project (243FOR).